Eletrônica

Semicondutores que armazenam e processam dados batem velocidade do silício

Materiais que mesclam memória e processamento batem velocidade do silício
As operações lógicas e a memória podem compartilhar o mesmo componente, algo que hoje exige dispositivos separados - um processador para processar e uma memória para guardar os dados. [Imagem: Desmond Loke et al. - 10.1073/pnas.1407633111]

Materiais de mudança de fase

Os materiais de mudança de fase (PCM: phase-change materials) estão no G4 da corrida pela substituição do silício em memórias que não perdem dados na ausência de energia, como as usadas em pendrives, celulares e câmeras digitais.

Até agora, os protótipos vinham rivalizando com as memórias flash em termos de velocidade, mas com potencial para fazê-las durar por toda a vida.

Desmond Loke e seus colegas da Universidade de Cambridge, no Reino Unido, descobriram que dá para tirar muito mais desses materiais, levando-os facilmente para o topo da tabela.

Os materiais de mudança de fase, largamente usados em DVDs regraváveis, podem alternar entre duas fases estruturais, cada uma delas com diferentes propriedades elétricas, uma cristalina e condutora de eletricidade, e outra amorfa e isolante.

O que se descobriu agora é que isto pode ser feito em bilionésimos de segundo.

Os resultados mostram que componentes PCM podem permitir velocidades de processamento de 500 a 1.000 vezes mais rápidas do que as velocidades obtidas nos processadores mais modernos.

Juntando processador e memória

Partindo de modelos virtuais de componentes, e então construindo-os na prática, a equipe mostrou que as operações lógicas nessas células de memória não-voláteis podem ser feitas usando combinações específicas de pulsos de energia ultracurtos, o que não é possível de se fazer no silício.

Materiais que mesclam memória e processamento batem velocidade do silício
Materiais de mudança de fase alternam rapidamente entre condutores e isolantes. [Imagem: Stephen R. Elliott Lab]

Além disso, usando componentes de mudança de fase, as operações lógicas e a memória podem compartilhar o mesmo componente, algo que hoje exige dispositivos separados - um processador para processar e uma memória para guardar os dados.

Estas memórias estão sendo chamadas de PRAM, sigla para phase change random access memory, ou memória de mudança de fase de acesso aleatório.

Inversão

O grupo já construiu os primeiros protótipos, que se mostraram capazes de alternar entre suas fases em meio nanossegundo.

Até agora, os componentes PCM não tinham conseguido bater o silício na fase do processamento. Loke descobriu que isso é possível realizando a operação lógica ao reverso, começando na fase cristalina e então fundindo as células PCM para realizar os cálculos.

Segundo ele, essa inversão tornou os componentes muito mais estáveis e capazes de realizar operações muito mais rapidamente.

Além disso, como as memórias dos computadores atuais não são voláteis, elas precisam ser regravadas constantemente, o que representa um percentual significativo do consumo de energia dos computadores - com memórias não-voláteis, como as PCM, essa regravação deixa de ser necessária.

Bibliografia:

Ultrafast phase-change logic device driven by melting processes
Desmond Loke, Jonathan M. Skelton, Wei-Jie Wang, Tae-Hoon Lee, Rong Zhao, Tow-Chong Chong, Stephen R. Elliott
Proceedings of the National Academy of Sciences
Vol.: 111 no. 37 - 13272-13277
DOI: 10.1073/pnas.1407633111




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